This study examined the relationship between time of exposure to the human face and accurate subsequent photo line-up identification. A volunteer group of 124 undergraduate students was divided into three approximately equal sized subgroups. The three groups were then exposed to a video or a portion of a video depicting a theft. Exposure times ranged from two minutes to 30 seconds. The subjects were then given a questionnaire and shown a photo line-up of the mock perpetrator and five foils. Subjects were asked to identify the perpetrator and mark that identification on the questionnaire. Results of the experiment indicated that the longer a subject was exposed the greater the possibility of an accurate identification.

Cette thèse a pour objectif la mise en place d'une stratégie mathématique pour l'étude du processus physique de l'agrégation des protéines. L'étude de ce processus largement inconnu est particulièrement importante puisqu'il a été identifiée comme un élément clé d'une vaste gamme de maladies incurables, appelées maladies amyloïdes. Les maladies à prions appartiennent à cette classe et sont causées par l'agrégation d'une configuration mal pliée de la protéine prion. Notre travail contribue à la recherche sur les maladies à prions, en se concentrant sur deux types d'agrégats : les oligomères et les fibres.Les oligomères suspectés d'être les agrégats les plus toxiques sont étudiés dans la première partie de cette thèse. Nous fondons notre travail sur l'analyse de deux types de données expérimentales. D'une part, nous considérons les données de dispersion statique de la lumière (SLS), qui peuvent être interprétées biologiquement comme la mesure de la taille moyenne des oligomères et mathématiquement comme le deuxième moment de la concentration des agrégats. D'autre part, nous considérons les données de distribution de taille d'oligomère collectées à plusieurs instants en utilisant la Chromatographie d'Exclusion de Taille (SEC). Notre étude conduit à la conclusion importante selon laquelle au moins deux types différents d'oligomères sont présents. De plus, nous proposons une description de l'interaction entre ces oligomères en proposant pour la première fois un modèle à deux espèces. Notre modèle est composé d'un ensemble d'ODE avec les taux cinétiques comme paramètres. La description qualitative fournie par ce modèle a été couplée à l'information contenue dans les données expérimentales de SLS dans le cadre de l'assimilation de données. Au moyen de la méthode du filtre de Kalman étendue, nous résolvons un problème inverse non linéaire, estimant ainsi les coefficients cinétiques associés aux données expérimentales. Pour valider ce modèle, nous avons comparé notre estimation aux données expérimentales de SEC, en observant un très bon accord entre les deux. Notre caractérisation des espèces d'oligomères peut conduire à de nouvelles stratégies pour concevoir un premier traitement ciblé pour les maladies à prions.La méthodologie appliquée à l'étude des oligomères peut être considérée comme une première étape dans l'analyse des fibres. En raison des propriétés physiques de ces agrégats, des expériences moins nombreuses et moins précises peuvent être effectuées, et une approche mathématique peut donc apporter une contribution précieuse à leur étude. Notre contribution est de proposer une stratégie générale pour estimer l'état initial d'un système de fibres. Inspiré par la théorie de Lifshitz-Slyozov, nous décrivons ce système par une équation de transport couplée à une équation intégrale. L'estimation est faite en utilisant quelques observations empiriques sur le système. Nous considérons le cas général d'observation d'un moment d'ordre $n$. Il est en effet possible de mesurer le moment d'ordre $1$ par fluorescence de thioflavine T ou le moment d'ordre $2$ par SLS. Nous proposons une solution théorique et numérique du problème d'estimation de la condition initiale dans le cas linéaire d'un système de dépolymérisation. En particulier, pour des taux de dépolymérisation constants, nous proposons une stratégie de régularisation par noyau, qui fournit une première caractérisation de l'estimation. Dans le cas de taux de dépolymérisation variables, nous proposons la méthode d'assimilation variationnelle 4d-Var et la méthode d'assimilation de données séquentielle du filtrage de Kalman. Ces deux méthodes sont plus générales et peuvent être facilement adaptée pour traiter différents problèmes. Ce problème inverse est particulièrement intéressant puisqu'il peut également être appliqué dans d'autres domaines tels que le cycle cellulaire ou la formation de poussière. / The aim of this PhD thesis is to set up a mathematical strategy to investigate the physical process of protein aggregation. The study of this largely unknown process is particularly important since it has been identified as a key feature of a wide class of incurable diseases, called amyloid diseases. Prion diseases belong to this class and are caused by the aggregation of a misfolded configuration of the prion protein. Our work contributes to the research on prion diseases, by focusing on two kinds of aggregates: oligomers and fibrils. Oligomers, which are suspected of being the most toxic aggregates, are studied in the first part of this thesis. We base our work on the analysis of two types of experimental data. On the one hand, we consider Static Light Scattering (SLS) data, which can be interpreted biologically as the measurement of the average oligomer size and mathematically as the second moment of aggregate concentration. On the other hand, we consider oligomer size distribution data collected at several instants by using Size Exclusion Chromatography (SEC). Our study leads to the important conclusion that at least two different types of oligomers are present. Moreover, we provide a description of the interaction between these oligomers by proposing, for the first time, a two-species model. Our model is composed of a set of ODEs with the kinetic rates as parameters. The qualitative description provided by this model has been coupled to the information contained in the noisy experimental SLS data in a data assimilation framework. By means of the extended Kalman filter method, we solve a non-linear inverse problem, thereby estimating the kinetic coefficients associated to the experimental data. To validate this model we have compared our estimation to the experimental SEC data, observing a very good agreement between the two. Our oligomer species characterisation may lead to new strategies to design a first targeted treatment for prion diseases. The methodology applied to the study of oligomers can be seen as a first step in the analysis of fibrils. Due to the physical properties of these aggregates, fewer and less precise experiments can be performed and so a mathematical approach can provide a valuable contribution to their study. Our contribution is to propose a general strategy to estimate the initial condition of a fibril system. Inspired by the Lifshitz-Slyozov theory, we describe this system by a transport equation coupled with an integral equation. The estimation is performed making use of some empirical observations on the system. We consider the general case of observing a moment of order $n$. It is indeed possible to measure the first moment by Thioflavine T fluorescence or the second moment by SLS. We provide a theoretical and numerical solution of the initial condition estimation problem in the linear case of a depolymerising system. In particular, for constant depolymerisation rates, we propose a kernel regularisation strategy, that provides a first characterisation of the estimation. In the variable depolymerisation rates, we outline the variational data assimilation method $4$d-Var.This method is more general and can be easily adapted to treat different problems. This inverse problem is particularly interesting since it can also be applied in other fields such as the cell cycle or dust formation.

La métabolomique non ciblée est une approche visant à caractériser le contenu métabolique d’un échantillon biologique. Cela permet d’évaluer les changements phénotypiques ayant lieux en son sein. Au cours de cette thèse, une cohorte de patients souffrant d’encéphalopathie hépatique (EH) a été étudiée en métabolomique, en association avec de la lipidomique et de la glycomique. L’EH est une maladie dont les mécanismes sont encore mal compris mais avec un impact important médicale et sociétal. Ces travaux ont montré que l’EH est associée à une altération du métabolisme énergétique observable dans le sang et dans le liquide céphalorachidien. A la suite de cette étude et face aux limites mises en exergue, la suite de ces travaux a visé à développer de nouvelles approches analytiques en métabolomique. Nous ainsi avons montré que l’utilisation de nouveaux instruments de type Orbitrap-Fusion, permettant d’atteindre de très hautes résolutions, donne accès à la structure isotopique fine des métabolites ce qui facilite leur l’identification. L’étude de la fragmentation MS² des ions a permis de mieux comprendre des mécanismes mis en jeu, améliorant l'interprétation des spectres. Enfin, nous avons montré que les améliorations apportées aux instruments, notamment en termes de vitesse d’acquisition, permettaient d’envisager la mise en place de nouveaux modes d’acquisition basés sur l’acquisition multi-événements de spectres MS et MS². Ces améliorations proposées devraient rapidement être utilisables et applicables à l'étude métabolomique de nouvelles cohortes médicales. / Untargeted metabolomics aims at studying the whole metabolite content of biological media. This allows to assess phenotypic changes in these samples. In the frame of this work, a cohort of patients suffering from hepatic encephalopathy (HE) was studied using metabolomics, in association with lipidomics and glycomics. HE is a disease still poorly understood, but with high medical and social impact. This work, performed on cerebrospinal fluid and blood samples, demonstrates that HE is associated to an alteration of energy metabolism. Then, considering the limitations of metabolomics raised in our first study, we aim at developing new analytical chemistry methods for metabolomics. We demonstrate that the use of new instrument such as Orbitrap Fusion, which can reach very high resolution, gives acces to isotopic fine structure of metabolites, thus facilitating their identification. Furthermore, the study of ion fragmentation from MS² spectra enabled to better understand the involved mechanisms and should help for interpreting MS² spectra obtained from unknown metabolites. Finally, we showed that improvements achieved with the Orbitrap Fusion instrument in terms of data acquisition speed enables the implementation of new acquisition modes based on multi events MS and MS² acquisition, such as data dependent or data idependant acquisitions. All these improvements in the field of metabolomics should rapidly be applicable to medical cohort analyses.

Les robots sériels de grandes dimensions apportent dextérité, répétabilité et flexibilité dans les chaînes de production. Sur ces chaînes, des opérations telles que la mesure de pièces peuvent exploiter ces avantages très attractifs. Il est cependant impératif de mieux maîtriser le positionnement de l’effecteur de ces robots, pour répondre aux exigences de la mesure 3D. Dans ce contexte, une cellule de numérisation robotisée a été développée, exploitant un robot sériel 6 axes comme support d’un capteur laser plan (KZ25 Kreon), et utilisant un système de stéréovision externe pour le suivi de l’opération et la calibration de la cellule (C-Track Creaform). La calibration que nous proposons pour cette cellule permet de maîtriser la qualité et d’optimiser la vitesse de numérisation, et se veut à la fois rapide et pratique (peu de contraintes et de matériel) pour répondre à un contexte industriel.Cette calibration passe par l’identification des paramètres d’un modèle géométrique pour le robot, à l’aide d’une nouvelle méthode que nous proposons, généralisant le concept d’étude d’arc de cercle proposé dans la méthode CPA (Circle Point Analysis). Une étude comparative démontre les avantages de cette nouvelle méthode par rapport aux méthodes classiquement utilisées. Une méthode de sélection que nous avons développée permet ensuite de compléter le modèle du robot avec des paramètres non-géométriques pertinents (flexibilités, jeux). Au cours de la calibration, nous étudions également les capacités du robot en vitesse et en qualité de positionnement au travers d’indices de performance originaux. Enfin nous avons élaboré et validé une méthode de calibration en position et orientation du KZ25 sur son support (le robot) ce qui permet une numérisation à 6 DDL.En perspective, un générateur de trajectoires, à donner en consigne au robot, devra utiliser cette calibration de la cellule entière pour maîtriser la qualité de la numérisation et optimiser sa durée. / Serial robots are designed for repetitive tasks in wide workspaces, and provide good dexterity and flexibility to production lines. Restrictive applications such as parts digitizing can make use of those attractive benefits. However, digitizing needs on accuracy require to work carefully on the quality of the robot end-effector positioning. In this context, a digitizing cell using a 6 axis robot as displacement system for a laser plane sensor (KZ25) was developed. In this cell all calibrations are ensured by an external measurement system (C-Track Creaform) following the end-effector. The goal is to master the digitizing quality and to optimize the operating speed thanks to quick and convenient calibrations (few equipment, installation and constraints).First, the parameters of the robot geometric model are identified with a quick and convenient method we developed, based on the existing circle point analysis method (CPA). A comparative study shows the advantages of our identification method over classic methods. Then a selective method we proposed allows us to complete this geometric model with relevant non-geometric parameters such as flexibilities or backlashes. Robot performances in terms of speed and posing quality are also studied through new performance indexes. Finally, we had to create and validate a calibration method for the position and orientation of the KZ25 sensor in order to exploit the unrestricted orientation provided by the robot end- effector.In our work prospects, a path generation strategy will use those calibrations to create paths for the robot, with mastered digitizing quality and optimized speed.

Ces travaux de thèse sont dédiés à la mesure de formes 3D, de champs cinématiques 3D surfaciques et à l'identification de paramètres mécaniques à partir de mesures par corrélation d'images. Cette méthode optique se base sur l'utilisation de caméras comme support de la mesure. Pour cette raison, une étude des différents modèles de caméra classiquement utilisés est effectuée, puis le passage d'un formalisme continu pour la description des images à une approche discrète utilisant la notion de pixel est décrit. Une attention particulière est portée aux distorsions optiques et une approche utilisant la corrélation d'images pour les évaluer est développée. Une nouvelle méthode de mesure de forme 3D et de champs de déplacements 3D surfaciques par stéréo-corrélation d'images est introduite. Elle utilise un modèle numérique de l'objet observé comme support pour la corrélation. Cette méthode mène à une formulation globale de la stéréo-corrélation. Elle peut être écrite dans le cas général et particularisée à des surfaces NURBS (non-uniform rational B-splines). Le champ de déplacement est également exprimé dans un formalisme NURBS complètement cohérent avec le modèle géométrique utilisé pour définir la forme observée. Des mesures sont validées en utilisant des mouvements imposés à un carreau de Bézier usiné. La faisabilité de la technique dans plusieurs cas industriels est également étudiée avec, par exemple, la mesure des déplacements d'une pièce composite de train d'atterrissage chargée mécaniquement. Enfin, à partir de cette formulation isogéométrique de la mesure de champs, une étude de la caractérisation de propriétés élastiques est effectuée. Deux méthodes inspirées d'approches existantes sont ainsi proposées, utilisant des mesures de champs et des calculs numériques dans un formalisme isogéométrique pour identifier des paramètres de loi de comportement élastique isotrope sur un cas test numérique et pour un essai de traction uniaxiale. / This thesis is dedicated to measurement of 3D shapes, 3D kinematic fields on surfaces and identification of mechanical properties from digital image correlation measurements. This optical method uses cameras as measurement tools. For this reason, a study of the classical camera models used is performed and the description of the digitalization of an image from a continuous to a discrete formalism using the pixel is described. A specific work is dedicated to optical distortions and a method based on digital image correlation to evaluate these distortions is developped.A new method for 3D shapes and 3D displacement fields on surfaces using stereo-correlation is introduced. A numerical description of the observed object is used as a support to perform the correlation. This method lead to a global approach to stereo-correlation. It can be rewrite in a generic case or in particular to be applied to NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) surfaces. The displacement fields is therefore expressed in a NURBS formalism which is completely consistent with the geometrical model used to described the observed shape. Measurements are validated using prescribed motions on a Bezier patch. The feasibility of such a technique in several industrial cases is then studied with for example the measurement of the displacement of a composite part of a landing gear under mechanical loading.Finally, from this isogeometric formulation of full-field measurement, a study of the identification of elastic properties is performed. Two methods inspired from existing approaches are proposed, using full-field measurement and numerical simulations in a common isogeometric formalism to identify parameters of an isotropic linear elastic constitutive law on a both a numerical test case and a uniaxial tensile test.

L'analyse quantitative de volumes 3D obtenus par tomographie permet l’identification et la validation de modèles. La séquence d’analyse consiste en trois problèmes inverses successifs : (i) reconstruction des volumes (ii) mesure cinématique par corrélation d'images volumiques (DVC) et (iii) identification. Les très longs temps d’acquisition nécessaires interdisent de capter des phénomènes rapides. Une méthode de mesures, Projection-based Digital Volume Correlation (P-DVC), raccourcit la séquence précédente en identifiant les quantités clés sur les projections. Cette technique réduit jusqu'à 2 le nombre de radiographies utilisées pour le suivi de l’essai au lieu de 500 à 1000. Cette thèse étend cette approche en réduisant la quantité d’informations acquises, rendant ainsi accessibles des phénomènes de plus en plus rapides et repoussant les limites de la résolution temporelle. Deux axes ont ainsi été développés : - d’une part, l'utilisation de différentes régularisations, spatiales et temporelles des champs 4D (espace/temps) mesurés généralise la méthode P-DVC (avec volume de référence) à l'exploitation d’une seule radiographie par étape de chargement. L’essai peut désormais être réalisé de façon continue, en quelques minutes au lieu de plusieurs jours; - d’autre part, la mesure du mouvement peut être utilisée pour corriger le volume reconstruit lui-même. Cette observation conduit à proposer une nouvelle procédure de co-détermination du volume et de sa cinématique (sans prérequis), ce qui ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour l’imagerie des matériaux et médicale où parfois le mouvement ne peut pas être interrompu. Le développement de ces deux axes permet d’envisager de nouvelles façons de réaliser les essais, plus rapides et plus centrés sur l’identification de quantités clés. Ces méthodes sont compatibles avec les récents développements « instrumentaux » de la tomographie rapide en synchrotron ou laboratoire, et permettent de réduire de plusieurs ordres de grandeurs les temps d’acquisition et les doses de rayonnement. / The quantitative analysis of 3D volumes obtained from tomography allows models to be identified and validated. It consists of a sequence of three successive inverse problems: (i) volume reconstruction (ii) kinematic measurement from Digital Volume Correlation (DVC) and (iii) identification. The required very long acquisition times prevent fast phenomena from being captured.A measurement method, called Projection-based DVC (P-DVC), shortens the previous sequence and identifies the kinematics directly from the projections. The number of radiographs needed for tracking the time evolution of the test is thereby reduced from 500 to 1000 down to 2.This thesis extends this projection-based approach to further reduce the required data, letting faster phenomena be captured and pushing the limits of time resolution. Two main axes were developed:- On the one hand, the use of different spatial and temporal regularizations of the 4D fields (space/time) generalizes the P-DVC approach (with a known reference volume) to the exploitation of a single radiograph per loading step. Thus, the test can be carried out with no interruptions, in a few minutes instead of several days.- On the other hand, the measured motion can be used to correct the reconstructed volume itself. This observation leads to the proposition of a novel procedure for the joint determination of the volume and its kinematics (without prior knowledge) opening up new perspectives for material and medical imaging where sometimes motion cannot be interrupted.end{itemize}The development of these two axes opens up new ways of performing tests, faster and driven to the identification of key quantities of interest. These methods are compatible with the recent ``hardware" developments of fast tomography, both at synchrotron beamlines or laboratory and save several orders of magnitude in acquisition time and radiation dose.

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